CN103412293B - 一种基于脉冲分选技术的单脉冲雷达水平方向图测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于脉冲分选技术的单脉冲雷达水平方向图测试方法，其主要步骤如下：S1：根据设置的采样频率对被测雷达的信号进行采样得到采样点序列；S2：计算脉冲门限；S3：确定脉冲序列，并计算每个脉冲的脉冲时间、脉冲宽度和脉冲幅值；S4：对脉冲序列进行脉冲宽度分选；S5：对脉冲序列进行脉冲时间间隔分选；S6：计算雷达旋转周期；S7：对脉冲序列进行补点；S8：形成雷达水平方向图；优点是可以在雷达不停止工作的情况，仍能对雷达水平方向图进行测试，且对接收信号的高倍采样率采样，提高了天线方向图的精确度，方便了对单脉冲雷达的故障诊断和维修。

Description

一种基于脉冲分选技术的单脉冲雷达水平方向图测试方法

技术领域

本发明涉及一种单脉冲雷达水平方向图的测试方法，尤其是涉及一种基于脉冲分选技术的单脉冲雷达水平方向图测试方法。

背景技术

随着技术的不断创新和发展，雷达在现代战争中的需求急剧增加，这就导致雷达检修和维修需求的增加。同时国内民用雷达的进一步使用，造成国内各级雷达站雷达测试仪表和专业技术人员的缺乏，因此如何快速、准确、高效的判断雷达状态并辅助进行故障定位分析，已成为一个极其紧迫和重要的问题。新型雷达测试系统便应运而生了，而便携式雷达开场测试仪也正是新型雷达测试系统发展的重要成果。便携式雷达开场测试仪不仅能快速、有效的判定雷达状态是否正常，同时也能准确地对故障定位和分析。目前便携式雷达开场测试仪以其功能强大、简单易用的特性已成为雷达性能测试的主要方法。

雷达水平天线方向图，是指在离雷达一定距离处，同一水平面上辐射场的相对场强随方向变化的图形。便携式雷达开场测试仪水平天线方向图采用描点法绘图的方式，该绘图方式以脉冲时间坐标为x轴，脉冲幅度为y轴，得到直角坐标系下的水平天线方向图，或者将时间坐标转换为角度坐标从而形成极坐标系下的水平天线方向图。

现有便携式雷达开场测试仪对单脉冲雷达水平天线方向图的测试方法主要是通过雷达天线的互易性原理来进行。所谓互易性，就是指任意形式的天线用作接收天线时，它的极化、方向性、有效长度和阻抗等均和它用作发射天线时相同。采用这种测试方法，就是将被测雷达天线作为接收天线来进行。在满足远场测试条件下，由信号源及天线发射被测天线工作范围内的电磁波，被测天线架设在便携式雷达开场测试仪专用的转台上，按一定的水平角度步进，从而得到不同方向上接收信号的相对场强，每个角度与其对应的接收信号的相对场强即可得到极坐标系下的水平天线方向图。采用这种方法的缺点是需要取出雷达天线，造成雷达停止工作，影响雷达的正常工作安排，同时机械化的水平角度步进，得到的信号点比较少，会造成方向图精确度不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在单脉冲雷达正常工作情况下，仍能对该单脉冲雷达水平方向图进行测试，并得到更加精确的方向图的基于脉冲分选技术的单脉冲雷达水平方向图测试方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于脉冲分选技术的单脉冲雷达水平天线方向图测试方法，具体步骤如下：

S1：对便携式雷达开场测试仪初始化

对便携式雷达开场测试仪的中心频率和采样频率进行初始化配置；

S2：信号采集并采样

将便携式雷达开场测试仪的天线固定并对准被测雷达，采集60s内便携式雷达开场测试仪天线接收到的所有信号，并用设定的采样频率对接收到的信号进行采样，得到采样点序列；

S3：脉冲门限计算

对第1s时间内的每个采样点的幅值求和并取平均值，将该平均值作为脉冲门限；

S4：确定脉冲到达时间、宽度和幅度

对采样点序列进行遍历，当找到一个幅值大于脉冲门限的采样点时，判定接下来的采样点幅值是否大于脉冲门限，如果大于脉冲门限，则继续对接下来的采样点进行判定，直到找到一个幅值小于脉冲门限的采样点，将之前幅值均大于脉冲门限的连续采样点定义为一个脉冲，将每个脉冲的第一个采样点时间值定义为该脉冲的到达时间，将每个脉冲包含的采样点个数定义为该脉冲的宽度，将每个脉冲包含的采样点幅值求和并取平均值，将得到的平均值定义为该脉冲的幅值，然后对剩下的采样点重复此操作，得到第一脉冲序列；

S5：脉冲宽度分选

将第一脉冲序列中脉冲宽度小于等于3的所有脉冲都当作噪声干扰并剔除，统计剩下所有脉冲中每个脉冲宽度出现的次数，找出出现次数最多的脉冲宽度，将此脉冲宽度记为Width，将剩下所有脉冲中脉冲宽度值在Width*(1±10%)内的脉冲全部提取出来，得到第二脉冲序列；

S6：脉冲时间间隔分选

针对单脉冲雷达，取容差σ=0.1，对第二脉冲序列，首先假设第一个脉冲和第二个脉冲之间的时间差为雷达脉冲时间间隔TN，然后将第三个脉冲和第二个脉冲之间的时间差ΔT₂₃与假定的TN在容差σ内进行比较，若ΔT₂₃小于TN*（1-σ）则往后移动一个脉冲，用第四个脉冲和第二脉冲的时间差ΔT₂₄进行比较；若ΔT₂₃大于TN*（1+σ），则重新选择以第一脉冲和第三个脉冲的时间差为假定的TN；若TN*(1-σ)<ΔT₂₃<TN*(1+σ)，则继续用第四个脉冲与第三个脉冲的时间差与TN进行比较；以此类推，按照上述方法一直作比较，直到发现五个脉冲满足同一个假定的TN，则确定被测单脉冲雷达的脉冲时间间隔为此TN，根据此TN对第二脉冲序列进行分选，将符合TN的所有的脉冲提取出来，得到第三脉冲序列；

S7：雷达旋转周期计算

在第三脉冲序列中找出先后出现的两个拥有最大幅值的脉冲，它们的时间间隔为雷达旋转周期；

S8：脉冲序列补点

在第三脉冲序列中取出属于同一个雷达旋转周期的多个有效脉冲，将这多个有效脉冲作为第一有效脉冲组，其中有些时间点脉冲是丢失的，所以再取出接下来的两个雷达旋转周期对应的有效脉冲，作为第二有效脉冲组和第三有效脉冲组，然后在第二有效脉冲组和第三有效脉冲组中的对应位置寻找是否存在脉冲，如果存在，那么就将此对应有效脉冲补入第一有效脉冲组中，得到最终的有效脉冲组；

S9：天线方向图的绘制

最终的有效脉冲组中每个脉冲即为一个点，以每个点的时间坐标为x轴，对应的幅值为y轴，描点法画图即可得直角坐标系下的天线水平方向图；根据雷达旋转周期，将每个脉冲点的时间坐标转化为角度坐标，然后得到极坐标系下的天线水平方向图。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过固定接收被测雷达外场环境下的脉冲信号，对脉冲信号进行两次脉冲分选，首先通过脉冲宽度的一次分选可以快速剔除噪声脉冲造成的干扰，而后通过脉冲时间间隔的二次分选，可以得到更加精确的有效脉冲序列，最后对雷达有效脉冲序列进行补点，再次提高有效脉冲序列的精确度，并最终形成雷达水平方向图；这样可以在保证雷达正常工作的同时，得到精确度更加高的雷达水平方向图。

附图说明

图1为本发明对雷达水平方向图测试的处理流程框图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

一种基于脉冲分选技术的单脉冲雷达水平方向图测试方法，具体步骤如下：

S1：对便携式雷达开场测试仪初始化

根据便携式雷达开场测试仪的特性以及测试环境设定各项参数；

S2：信号采集并采样

将便携式雷达开场测试仪的天线固定并对准被测雷达，采集60s内便携式雷达开场测试仪天线接收到的所有信号，并用设定的采样频率f_s对接收到的信号进行采样，得到采样点序列；

S3：脉冲门限计算

对接收信号采样后，取第1s时间内的采样点进行分析，其中采样点个数为N=f_s*t（t=1s），第i个采样点的幅值为V_i，（i=1，2，…，N），则脉冲门限为

$\mathrm{\&lambda;}=\underset{i-1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{V}_i/N;$

S4：脉冲到达时间、宽度和幅度确定

对采样后的信号进行遍历，当遇到幅值大于脉冲门限λ的采样点N₁时，记m=1，对接下来的采样点进行幅值判定，如果幅值大于λ，则m=m+1，且对接下来的采样点继续进行幅值判定，如果幅值小于等于脉冲门限λ，则停止幅值判定，将此前幅值大于脉冲门限λ的所有采样点定义为一个脉冲，其脉冲到达时间为采样点N₁所对应的时间，脉冲宽度为此时的m，脉冲幅值为S/m；依此类推，对接下来的所有采样点重复此操作，得到第一脉冲序列；

S5：脉冲宽度分选

针对第一脉冲序列，因为实际雷达发出的脉冲经采样后至少都包含5个采样点，考虑抖动的原因，去除其中脉冲宽度小于等于3的脉冲，而后做一个关于脉冲宽度的统计，即把每个脉冲宽度值出现的次数做统计，找出其中出现次数最多的脉冲宽度veryWidth，然后将脉冲序列中脉冲宽度在veryWidth±3范围内的脉冲都提取出来，即为脉冲宽度分选所得的第二脉冲序列；

S6：脉冲时间间隔分选

同一部雷达发出的连续脉冲的时间间隔是不变的或者是在一定容差范围内变化的，故可以通过对脉冲相互时间差的关系找出雷达脉冲时间间隔；针对单脉冲雷达，取容差σ=0.1，对第二脉冲序列，首先假设第一个脉冲和第二个脉冲之间的时间差为雷达脉冲时间间隔TN，然后将第三个脉冲和第二个脉冲之间的时间差ΔT₂₃与假定的TN在容差σ内进行比较，若ΔT₂₃小于TN*（1-σ）则往后移动一个脉冲，用第四个脉冲和第二脉冲的时间差ΔT₂₄进行比较；若ΔT₂₃大于TN*（1+σ），则重新选择以第一脉冲和第三个脉冲的时间差为假定的TN；若TN*(1-σ)<ΔT₂₃<TN*(1+σ)，则继续用第四个脉冲与第三个脉冲的时间差与TN进行比较；以此类推，按照上述方法一直作比较，直到发现五个脉冲满足同一个假定的TN，则确定被测单脉冲雷达的脉冲时间间隔为此TN，根据此TN对第二脉冲序列进行分选，具体作法是：从首个脉冲开始，首个脉冲时间为t₁，根据已得的脉冲时间间隔TN判断在t₁±TN*σ、t₁+TN±TN*σ、t₁+2*TN±TN*σ、t₁+3*TN±TN*σ和t₁+4*TN±TN*σ处是否都存在脉冲，如果存在，则可以以此脉冲作为雷达起始脉冲t_b，否则对下一个脉冲重复上述操作，直到找到雷达起始脉冲t_b为止，然后从起始脉冲开始，根据脉冲时间间隔TN在t_b+a*TN±TN*σ（a=1，2，3…；a*TN小于60s）上抽取脉冲序列，得到第三脉冲序列；

S7：雷达旋转周期计算

在第三脉冲序列中，找到脉冲幅度的最大值V，而后在第三脉冲序列中找出先后出现的连续四个幅值为V的脉冲，它们的时间坐标分别为T₁、T₂、T₃和T₄，则雷达旋转周期为T=[(T₂-T₁)+(T₃-T₂)+(T₄-T₃)]/3；

S8：脉冲序列补点

得到一个雷达旋转周期内的有效脉冲组后，其中有些时间点脉冲是丢失的，所以需要采取措施进行补点；将T₁到T₂上所有的脉冲提取出来作为第一有效脉冲组，T₂到T₃上所有的脉冲提取出来作为第二有效脉冲组，T₃到T₄上所有的脉冲提取出来作为第三有效脉冲组；理论上从T₁开始，T₁+TN±TN*σ、T₁+2*TN±TN*σ、…、T₁+k*TN±TN*σ一直到T₂前面的T₁+n*TN±TN*σ上都应该存在着脉冲，如果T₁+k*TN±TN*σ,（k=1,2,...,n）（k=1，2，…，n）上脉冲丢失，则在对应的第二有效脉冲组和第三有效脉冲组上的T₂+k*TN±TN*σ和T₃+k*TN±TN*σ处寻找是否存在脉冲，如果存在则将其补入第一有效脉冲组上的对应位置，得到最终的脉冲序列；

S9：天线方向图的绘制

最终的脉冲序列中每个脉冲作为一个点，以其时间为x轴，幅值为y轴即可形成直角坐标系下的水平天线方向图。根据雷达旋转周期T，将时间转换为角度，每个脉冲对应的角度为θ=2π*(t-T₁)/T，而后与幅值形成极坐标系下的水平天线方向图。

Claims (1)

1.一种基于脉冲分选技术的单脉冲雷达水平方向图测试方法，其特征在于具体步骤如下：

S1：对便携式雷达开场测试仪初始化

对便携式雷达开场测试仪的中心频率和采样频率进行初始化配置；

S2：信号采集并采样

将便携式雷达开场测试仪的天线固定并对准被测雷达，采集60s内便携式雷达开场测试仪天线接收到的所有信号，并用设定的采样频率对接收到的信号进行采样，得到采样点序列；

S3：脉冲门限计算

对第1s时间内的每个采样点的幅值求和并取平均值，将该平均值作为脉冲门限；

S4：确定脉冲到达时间、宽度和幅度

对采样点序列进行遍历，当找到一个幅值大于脉冲门限的采样点时，判定接下来的采样点幅值是否大于脉冲门限，如果大于脉冲门限，则继续对接下来的采样点进行判定，直到找到一个幅值小于脉冲门限的采样点，将之前幅值均大于脉冲门限的连续采样点定义为一个脉冲，将每个脉冲的第一个采样点值定义为该脉冲的到达时间，将每个脉冲包含的采样点个数定义为该脉冲的宽度，将每个脉冲包含的采样点幅值求和并取平均值，将得到的平均值定义为该脉冲的幅值，然后对剩下的采样点重复此操作，得到第一脉冲序列；

S5：脉冲宽度分选

将第一脉冲序列中脉冲宽度小于等于3的所有脉冲都当作噪声干扰并剔除，统计剩下所有脉冲中每个脉冲宽度出现的次数，找出出现次数最多的脉冲宽度，将此宽度记为Width，将剩下所有脉冲中脉冲宽度值在Width*(1±10%)内的脉冲全部提取出来，得到第二脉冲序列；

S6：脉冲时间间隔分选

对第二脉冲序列，首先假设第一个脉冲和第二个脉冲之间的时间差为雷达脉冲时间间隔TN，然后将第三个脉冲和第二个脉冲之间的时间差ΔT₂₃与假定的TN在容差σ=0.1内进行比较，若ΔT₂₃小于TN*（1-σ）则往后移动一个脉冲，用第四个脉冲和第二脉冲的时间差ΔT₂₄进行比较；若ΔT₂₃大于TN*（1+σ），则重新选择以第一脉冲和第三个脉冲的时间差为假定的TN；若TN*(1-σ)<ΔT₂₃<TN*(1+σ)，则继续用第四个脉冲与第三个脉冲的时间差与TN进行比较；以此类推，按照上述方法一直作比较，直到发现五个脉冲满足同一个假定的TN，则确定被测单脉冲雷达的脉冲时间间隔为此TN，根据此TN对第二脉冲序列进行分选，将符合TN的所有的脉冲提取出来，得到第三脉冲序列；

S7：雷达旋转周期计算

从第三脉冲序列中找出先后出现的四个拥有最大幅值的脉冲，其对应的时间分别为T₁、T₂、T₃、T₄，则雷达旋转周期为T=[(T₂-T₁)+(T₃-T₂)+(T₄-T₃)]/3；

S8：脉冲序列补点

在第三脉冲序列中取出属于同一个雷达旋转周期的有效脉冲，将这些有效脉冲作为第一有效脉冲组，然后取出接下来两个雷达旋转周期对应的有效脉冲，分别作为第二有效脉冲组和第三有效脉冲组，找出第一有效脉冲组中存在脉冲丢失的时间点，然后在第二有效脉冲组和第三有效脉冲组中的对应位置寻找是否存在脉冲，如果存在，那么就将此对应脉冲补入第一有效脉冲组中，得到最终的有效脉冲组；

S9：天线方向图的绘制

最终有效脉冲组中每个脉冲即为一个点，以每个点的时间坐标为x轴，对应的幅值为y轴，描点法画图即可得直角坐标系下的天线水平方向图；根据雷达旋转周期，将每个脉冲点的时间坐标转化为角度坐标，然后得到极坐标系下的天线水平方向图。